通過“意念”，同時操控三臺無人機(jī)起落；坐在電腦前，僅憑“意念”讓電腦打字，與他人交流；殘障人士“心隨意動”，靠“意念”控制外骨骼帶動下肢運(yùn)動……4月1日上午，走進(jìn)濟(jì)南高新區(qū)的山東中科先進(jìn)院實(shí)驗(yàn)室，充滿科幻色彩的一幕出現(xiàn)在眼前。研究人員融合腦科學(xué)與類腦科學(xué)、人工智能等技術(shù)，在腦機(jī)接口研究中不斷取得突破，目前相關(guān)設(shè)備已實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。

2019年2月，山東中科先進(jìn)技術(shù)研究院在濟(jì)南高新區(qū)揭牌，腦機(jī)接口技術(shù)成為中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院落地濟(jì)南的研發(fā)項(xiàng)目之一。

6年后，濟(jì)南等到花開時。

01

每秒采集4000個大腦信號

腦機(jī)接口是生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的前沿領(lǐng)域。通俗地講，腦機(jī)接口就是在人的大腦與外部設(shè)備之間，搭建起一條傳遞信息的“高速公路”，不通過手和嘴就可以控制外部設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)“意念控制”。

埃隆·馬斯克不僅是特斯拉的CEO，他還是腦機(jī)接口公司Neuralink創(chuàng)始人。Neuralink的研究路徑是侵入式腦機(jī)接口，即通過開顱手術(shù)將電極植入大腦皮層，直接采集高質(zhì)量的腦電信號。山東中科先進(jìn)院腦機(jī)接口研究中心團(tuán)隊選擇的是非侵入模式，不需要將電極植入大腦，只需要將電極附著在頭皮上。

山東中科先進(jìn)院的研究人員為我們演示了腦機(jī)接口裝備的“黑科技”。只見研究人員戴上腦電采集帽后坐在電腦屏幕前，接著，他雙眼聚焦屏幕上的向上、向下、向左、向右、翻轉(zhuǎn)等九種指令，身后的無人機(jī)編隊就能準(zhǔn)確根據(jù)指令飛行，飛行動作靈活自如、整齊劃一，毫無障礙。

同樣神奇的是意念打字系統(tǒng)。電腦屏幕上集中顯示著數(shù)十個字母和符號，研究人員用雙眼聚焦自己想“打”的字母后，雖然字母之間離得很近，依然能做到“想點(diǎn)哪個點(diǎn)哪個”。很快，他就在屏幕上方拼讀出一句問候語。

“當(dāng)用戶注視虛擬鍵盤中的某個字符時，相應(yīng)的腦電波模式被檢測并解碼，從而實(shí)現(xiàn)字符的輸入。目前，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)每分鐘平均打出20個字符，準(zhǔn)確率達(dá)94.4%?！蹦X機(jī)接口研究中心工程師王圣哲說，意念打字系統(tǒng)能幫助語言功能障礙、聲帶受損、中風(fēng)患者等特殊群體與人溝通交流。

02

跨越無數(shù)門檻

相比侵入式裝備，非侵入式腦機(jī)接口不會對人體產(chǎn)生傷害，具有先天的安全性，但非侵入模式腦機(jī)接口的腦電信號屬于間接采集，面臨信號微弱且易受干擾等難題。“2019年，我們就基于自主研發(fā)的NeuroSci腦電采集系統(tǒng)，把腦機(jī)接口的實(shí)驗(yàn)室裝備做出來了。當(dāng)時，離產(chǎn)業(yè)化還有很長的路要走，我們要克服的最大困難，就是把特定腦區(qū)產(chǎn)生的神經(jīng)震蕩信號傳輸?shù)筋^皮電極的微弱電流捕捉到、識別清、識別快。”腦機(jī)接口研究中心執(zhí)行主任彭福來告訴我們，大腦產(chǎn)生的電流僅有幾個毫安，相當(dāng)于手機(jī)待機(jī)電流的千分之一，但在輸送過程中面臨非常多的干擾，比如噪音、電磁波，哪怕眨一下眼睛，腦電采集帽采集的大腦信號就完全不同。

研究人員從軟硬件兩方面著手，不斷改進(jìn)裝備的技術(shù)指標(biāo)，同時，攻堅克難，自主研發(fā)腦機(jī)接口應(yīng)用裝備。高性能多通道神經(jīng)肌肉電生理信號采集系統(tǒng)、腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)、輕量化多模態(tài)生理參數(shù)睡眠監(jiān)測系統(tǒng)、腦控?zé)o人機(jī)系統(tǒng)、意念打字系統(tǒng)、腦控下肢外骨骼等產(chǎn)品陸續(xù)問世。

2023年，山東中科先進(jìn)技術(shù)研究院承接了濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，腦機(jī)接口相關(guān)產(chǎn)品首次走出實(shí)驗(yàn)室，產(chǎn)生商業(yè)價值。2024年8月，山東先進(jìn)院腦機(jī)接口團(tuán)隊在“世界機(jī)器人大賽”中斬獲產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)獎。

截至目前，山東先進(jìn)院的腦機(jī)接口產(chǎn)品成功應(yīng)用在301醫(yī)院、齊魯醫(yī)院、紅會醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)、深圳大學(xué)、濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院等高校，累計為20余家機(jī)構(gòu)的科學(xué)研究、疾病診斷提供強(qiáng)有力的支撐。

03

邁入市場藍(lán)海

當(dāng)前，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展階段，吸引科技公司、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)和政府部門的高度關(guān)注。有分析指出，腦機(jī)接口有望推動人形機(jī)器人技術(shù)成熟。根據(jù)麥肯錫估算，2030-2040間，全球腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的潛在市場規(guī)模有望達(dá)到400億-1450億美元。據(jù)賽迪顧問的數(shù)據(jù)，2024年中國腦機(jī)接口市場規(guī)模為32.0億元，預(yù)計2027年達(dá)到55.8億元。

2024年12月，山東省印發(fā)《關(guān)于科技創(chuàng)新引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)，布局培育發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的實(shí)施方案》中，將腦機(jī)接口技術(shù)列為未來產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

“我們的腦機(jī)接口技術(shù)處于全國領(lǐng)先水平。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用剛剛打開，就展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力和未來科技生活的新圖景，未來會極大地改變我們的生活?！睋?jù)山東中科先進(jìn)技術(shù)有限公司總經(jīng)理李衛(wèi)民介紹，腦機(jī)接口技術(shù)將逐步拓展到科研教育、生活娛樂、軍事等多個領(lǐng)域。比如對駕駛員進(jìn)行疲勞監(jiān)測，提高駕駛安全；識別高危行業(yè)從業(yè)人員的情緒狀態(tài)，進(jìn)行心理健康評估和治療；監(jiān)測運(yùn)動員的大腦活動，優(yōu)化訓(xùn)練計劃；開展兒童的注意力訓(xùn)練；監(jiān)測患者睡眠質(zhì)量，幫助醫(yī)生診斷等等。

目前，山東先進(jìn)院研究出多款腦機(jī)接口裝備，相關(guān)產(chǎn)品的零部件供應(yīng)商都在國內(nèi)。隨著腦機(jī)接口技術(shù)的不斷迭代，加上山東省擁有市場開發(fā)潛力、人才集聚優(yōu)勢和穩(wěn)定的供應(yīng)鏈，山東先進(jìn)院已著手謀劃建設(shè)國內(nèi)一流的腦機(jī)接口裝備生產(chǎn)基地。

編輯/趙夢雨